Vivaldi寬帶雙極化探頭天線

2021-01-08 IT168

　　近場測量方法是天線測量的重要手段，它可以在近距離藝得天線的遠場，準參數，是天線

　　射特性測試的重要方法。近場測試系統中，探頭對近場測試系統電氣性能有很大影響。近場測試系統的探頭天線要求在照射角範圍內，遠場輻射方向圖需要具有良好的軸對稱特性，方向圖的E 面和H面儘量平坦且具有較低的交叉極化凹，近構場測量系統中的雙極化測量主要通過兩種方式來實現：一是利用單極化探頭的機械轉動悉實現雙極化：二是直接利用雙極化探頭實現。雙極化探頭在測試過程中不需要機械調節，具有測試方便、測試速度快的優點，成本低等優點。但是，雙極化探頭要求探頭天線具備低交叉極化、寬頻帶特性以及小的口徑尺寸。為實現這些特性，該類探頭設計難度大，設計成本高。

　　Vivaldi天線是一種超寬帶天線，該天線通過微帶饋電，其小型化的研究資料較多，目前廣泛應用於衛星通信、遙感和射電望遠鏡等領域，本文採用Vivaldi天線設計寬帶雙極化天線，可實現覆蓋400MHz-6000MHz這一超寬頻帶的覆蓋，適用於近場天線測量。

　　天線基板設計

　　寬帶雙極化天線採用兩塊Fr4基板十字交叉焊接組成探頭的兩個極化，如圖所示在兩塊PCB基板上分別印製相同尺寸的輻射單元，形成帶狀線結構組成一塊Fr4基板。因所設計天線單元需要用於焊接為雙極化天線，且天線的高端頻段較高，所用印刷板的厚度不宜太厚。

　　輻射單元上及輻射單元邊緣設計有過孔，兩塊PCB板和正反兩面的輻射單元之間通過過孔連接。兩塊PCB板之間設計有饋電帶線，輻射單元設計有相應電路。

　　圖1：寬帶雙極化探頭天線設計圖

　　Fr4基板底部設計有鏤空部位用於連接同軸射頻接頭，探頭通過同軸射頻接頭對外通信。

　　一塊加工好的Fr4基板，形成Vivaldi天線單元，兩塊Vivaldi天線單元十字組合形成雙極化輻射天線單元時，饋電帶線會相互重疊在一起，可將饋電帶線上下錯開以解決該問題，這種方式對天線的兩個埠駐波影響不大。

　　輻射單元設計

　　天線輻射或者接收能量時，通過射頻饋電線路饋入，在輻射單元上產生高頻電流，輻射單元產生超寬頻段的信號輻射。

　　線性漸變微帶縫隙天線有是在線極化矩形縫隙微帶天線的基礎上發展而來的，矩形縫隙微帶天線的輻射場為線極化，當縫隙做的很寬時，通過縫隙可以向外輻射電磁波。

　　本文設計天線的輻射單元有兩邊左右對稱的輻射翅片，兩個輻射翅片之間含有兩個漸變縫隙，通過輻射翅片弧形形狀與雙脊的設計對電磁波的輻射產生了引向作用，實現天線的定向性。這種漸變縫隙結構不光起引向作用，通過縫隙寬度的漸變可激發出多個對應的諧振頻點，與漸變縫隙底端圓形部分為天線的諧振環共同作用，從而實現了400MHz-6000MHz這一超寬頻帶的覆蓋。

　　圖3：寬帶雙極化探頭天線實物圖

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